H. sapiens, E. caballus, M. domestica , C. familiaris G. gallus, D. rerio, C. elegans, A. thaliana, O. sativa, D. melanogaster.
Таблица 2 - Коэффициенты корреляций (r) с уровнем достоверности (р) и параметры регрессий (a, b) между средним числом интронов в генах и долей генов с интронами в геномах протистов, низших грибов и высших эукариот.
Параметры Группы организмов
Протисты Низшие грибы Высшие эукариоты
a 0,021 0,026 0,144
b 0,63 0,69 6,41
r 0,7 0,8 0,7
p< 0,020 0,003 0,028
С увеличением доли генов с интронами в геномах происходит увеличение среднего числа интронов в гене. Повышение доли генов с интронами в геноме приводит к появлению генов с большим числом интронов. Этой закономерности подчиняются геномы как низших, так и высших эукариот. Более того, такая закономерность наблюдается не только на геномном уровне, но и на хромосомном. Так, в геноме O. lucimarinus хромосома 2 по сравнению с другими хромосомами имеет большую долю генов с интронами. Ее особенностью является наличие генов с 8, 10, 11, 12, 13 и 15 интронами, которых нет в остальных хромосомах. Параметры a и b зависимости между средним числом интронов в генах и долей генов с интронами в геномах низших грибов и протистов близки, но отличаются от таковых для геномов высших эукариот. Однако эти зависимости имеют общую тенденцию увеличения числа интронов в гене с увеличением в геноме доли генов с интронами.
Следовательно, увеличение доли генов с интронами в геноме сопряжено с появлением генов с большим числом интронов. Эта закономерность характерна как для геномов низших, так и высших эукариот. Зависимость между средним числом интронов в гене и долей генов с интронами в геноме, по-видимому, универсальна. Так, в уникальном геноме хлоропластов одноклеточной водоросли Euglena gracilis имеется много генов с интронами (72%) и среднее число интронов в гене 3.30, следовательно, и этот геном тоже подчиняется установленной зависимости.
В настоящее время трудно объяснить причины, лежащие в основе выявленной зависимости, однако очевидно, что установленная закономерность имеет важное биологическое значение, связанное со структурно-функциональной организацией геномов эукариотических организмов.
Авторы выражают благодарность В.А. Хайленко и Ш.А. Атамбаевой за помощь в проведении расчетов по анализу экзон-интронной организации генов в геномах высших эукариот.
Литература
1 Nixon J.E.J., Wang A.., Morrison H.G., McArthur A.G., Sogin M.L., Loftus B.J. et al. Spliceosomal intron in Giardia lamblia // PNAS. - 2002. - Vol. 99(6.) - P. 3701-3705.
2 Jeffares, D.C. et al. The biology of intron gain and loss // Trends Genet .- 2006. – Vol. 22. – P. 16–
22
45
3 Collins F.S., Lander E.S., Rogers J., Waterston R.H. International Human Genome Sequencing Consortium: Finishing the euchromatic sequence of the human genome // Nature. - 2004. – Vol. 431. – P.
931-945.
4 Deutsch M., Long M. Intron-exon structures of eukaryotic model organisms. Nucleic Acids Research. - 1999. – Vol. 27. – P. 3219-3228.
5 Sakurai A., Fujimori S., Kochiwa H., Kitmura-Abe S., Washio T., Saito R., Carninici P., Hayashizaki Y., Tomita M. On biased distribution of introns in various eukaryotes // Gene. - 2002. – Vol.
300. P. 89-95.
6 Irimia М., Roy S.W. Evolutionary convergence on highly-conserved 39 intron structures in intron- poor eukaryotes and insights into the ancestral eukaryotic genome // PLoS Genet. – 2008. Vol. 4(8). - e1000148.
7 Venter J.C., Adams M.D., Myers E.W. et al. The sequence of the human genome // Science. - 2001.
- Vol. 291. P. 1304-1351.
8 Wendel J.F., Cronn R.C., Alvarez I., Liu B., Small R.L., Senchina D.S. Intron size and genome size in plants // Mol. Biol. Evol. - 2002. – Vol. 19. – P. 2346-2352.
9 Roy S.W., Hart D.L. Very little intron loss/gain in Plasmodium: Intron loss/gain mutation rates and intron number // Genome Res. - 2006. - Vol. 16. – P. 750-756.
10 Adams M.D., Celniker S.E., Holt R.A., Evans C.A., Gocayne J.D. et al. The genome sequence of Drosophila melanogaster // Science. - 2000. - Vol. 287. - P. 2185-2195.
11 Kriventseva E.V., Gelfand M.S. Statistical analysis of the exon-intron structure of higher and lower eukaryote genes // J. Biomol. Struct. Dyn. - 1999. – Vol. 17. - P. 281-288.
12 Peng L., Sakharkar K.R., Sakharkar M.K. Genome architecture – number, size and length distributions of exons and introns in six crown eukaryotic genomes // Int. Journ. Integr. Biol. – 2009. - Vol.
5(2). - P. 87-102.
13 A.T. Ivachshenko, V.A. Khailenko, S.A. Atambaeva Variations of the length of exons and introns in human genome genes. Russian Journal of Genetics. - 2009. - V.45(1). – P. 16-22.
14 Ivachshenko A.T., Tauasarova M.K., Atambaeva S.A. Exon-intron structure of genes in complete fungal genomes // Molecular Biology. – 2009. - Vol. 43(1). - P. 24-31.
15 Atambayeva S.A., Khailenko V.A., Ivachshenkо A.T. Intron and exon length variation in Arabidopsis, rice, nematode, and human // Molecular Biology. – 2008. - Vol. 42(2). - P. 312–320.
16 Ivachshenko A.T., Atambaeva S.A. Variation in lengths of introns and exons in genes of the Arabidopsis thaliana nuclear genome // Russian Journal of Genetics. - 2004. - Vol. 40. - P. 1179–1181.
17 Атамбаева Ш. А., Хайленко В.А., Ащеулов А.С., Иващенко А.Т. Экзон-интронная структура генов хромосомы 1 Canis familiaris // Вестник КазНУ, сер. Биологич. – 2008. - Вып. 1(36). - С.115-117.
18 Атамбаева Ш.А., Иващенко А.Т., Ащеулов А.С., Хайленко В.А. Экзон-интронная структура генов хромосомы 5 Danio rerio // Вестник КазНУ, сер. Биологич. – 2008. - Вып. 1(36). - С.117-119.
19 Атамбаева Ш.А., Иващенко А.Т. Экзон-интронная структура генов хромосомы 1 Gallus gallus // Вестник КазНУ, сер. Биологич. – 2008. - Вып. 1(36). - С.119-122.
20 Ащеулов А.С., Иващенко А.Т., Атамбаева Ш.А., Хайленко В.А. Экзон-интронная структура генов хромосомы 5 Monodephis domestica // Вестник КазНУ, сер. Биологич. – 2008. - Вып. 1(36). - С.122-124.
21 Тен Т.В., Иващенко А.Т., Хайленко В.А.Экзон-интронная организация генов Drosophila melanogaster
22 Хайленко В.А., Иващенко А.Т., Атамбаева Ш.А. Экзон-интронная структура генов хромосомы 1 Equus caballus // Вестник КазНУ, сер. Биологич. – 2008. - Вып. 1(36). - С.150.
23 Bradnam K.R., Korf I. Longer first introns are a general property of eukaryotic gene structure //
PLoS ONE. - Vol. 3(8). - e3093.
24 Ivachshenko A.T., Atambaeva S.A. Variation in lengths of introns and exons in genes of the Arabidopsis thaliana nuclear genome // Russ. Journ. Genetics. - 2004. – Vol. 40. – P. 1179-1181.
25 Semon M., Mouchiroud D., Duret L. Relationship between gene expression and GC-content in mammals: statistical significance and biological relevance // Human Mol. Genetics. - 2005. Vol. 14. P. 421- 427.
26 Atambaeva S.A., Khailenko V.A., Ivashchenko A.Т. Changes of introns and exons length in genes of Arabidopsis thaliana, rice, nematode and human // Mol. Biol. (Russ.). - 2008. - Vol. 42. – P. 1-10.
27 Irimia M., Penny D., Roy S.W. Coevolutiuon of intron number and splice site // TRENDS in Genetics. - 2007 – Vol. 23. – P. 321-325.
46
28 Jacq C., Alt-Morbe J., Andre B., Arnold W., Bahr A. et al. The nucleotide sequence of Saccharomyces cerevisiae chromosome IV // Nature. - 1997. - Vol. 387. – P. 75-78.
29 Wood V., Gwilliam R., Rajandream M.A., Lyne M., Lyne R. et al. The genome sequence of Schizosaccharomyces pombe // Nature. - 2002. – Vol. 415. – P. 871-880.
Түжырым
32 геномдардың хромосомалары зерттелген. Бір геномның құрамына кіретін хромосомалар бір- біріне гендердің тығыздығы мен интрондары бар гендердің үлесі жəне гендегі интрондардың орташа саны жағынан өзара ұқсастығы көрсетілді.
Summary
The chromosomes in each of 32 examined genomes are similar on gene density, portion of genes with introns and average intron number per gene. Dependence between average intron number per gene and portion of genes with introns was established in low and higher eukaryotic genomes.
ƏОК 573.086.83.;581.085
Сартбаева И.Ə., Амирова А.К., Бишимбаева Н.Қ.
БИДАЙДЫҢ СУСПЕНЗИЯЛЫ КУЛЬТУРАСЫНЫҢ ӨСУ ДИНАМИКАСЫ ЖƏНЕ КЛЕТКАЛАР ПОПУЛЯЦИЯСЫНЫҢ ҚҰРАМЫ
(Өсімдіктер биологиясы жəне биотехнологиясы институты)
Бидайдың суспензиялы культурасының клеткалар популяциясының құрамы жəне өсу динамикасы анықталды. Суспензия культурасы ұзын каллусты клеткалардан, жеке орналасқан эмбриогенді клеткалардан, эмбриогенді клеткалық кешендерден жəне бағдарланып жойылу белгісі бар клеткалардан тұратындығы көрсетілді. 1,0 мг/л 2,4-Д МС ортасындағы суспензия культурасының өсу қарқындылығының жоғарылауы жəне бағдарланып жойылу белгісі бар клеткалардың санының артуы өсірудің 28-ші күніне, ал 5,0 мг/л 2,4-Д МС ортасында өсірудің 21-ші күніне сəйкес келді. Суспензия культурасының өсу динамикасы жəне клетка популяциясының құрамы 2,4-Д концентрациясына байланысты болды.
In vitro жағдайында өсетін өсімдік ұлпаларының морфогенез жəне дифференциация процестерін зерттеу өсімдіктер биотехнологиясы саласындағы маңызды мəселелердің бірі. Себебі, өсімдіктердің гендік жəне клеткалық технологияларының негізінде жеке бір клеткадан тұратын эмбриогенді клеткалардан пайда болатын регенерация процесі жатады. Бұдан бұрын біздің жұмыстарда бидайдың ұзақ мерзім өсірілген борпылдақ эмбриогенді (БЭ) каллустарының басқа эмбриогенді емес каллустардан айырмашылығы оның құрамында бағдарланып жойылу (БЖ) белгісі бар клеткалар болатындығы жəне клетка кешендерінің арасында клетка сыртына бөлінген қоймалжың заттардың бар екені көрсетілді [1]. БЭ каллустарының құрамында неғұрлым БЖ белгісі бар клеткалар көп болса, соғұрлым өсу жылдамдығы жəне клетка сыртына бөлінетін заттардың мөлшері жоғары болады [1].
Біздің лабораторияда гистохимиялық жəне электронды цитохимия əдістері арқылы БЖ белгісі бар клеткалар полисахаридті жəне гликопротеинді заттарды сыртына бөлетіндігі анықталды [1, 2].
Клетка сыртқылық полисахаридтерді жəне ақуызды заттарды бөліп алып, олардың өсу реттегіштік жəне стреске қарсы биологиялық белсенділігі көрсетілді [1].
Осы анықталынған биологиялық белсенді заттарды бөліп алу биотехнологиясын жасау үшін суспензия культурасындағы белсенді заттарды бөлетін БЖ белгісі бар клеткалардың санының артуын жəне өсу жылдамдығының жоғарылауын анықтау өте маңызды. Сол себепті, жұмыстың мақсаты бидайдың суспензия культурасының клетка популяциясының құрамын жəне өсу динамикасын анықтау болды.
Зерзаттары жəне əдістері
Зерттеу объектісі ретінде бидайдың (Triticum aestivum L.) Отан сортының ұзақ мерзім өсірілетін БЭ ұлпаларынан [3, 4] алынған клеткалық суспензиялы культурасы (КСК) болды. КСК алу үшін салмағы 2 гр. ақшыл-сары БЭ ұлпалары 2,4-дихлорфеноксисірке қышқылының (2,4-Д) əртүрлі концентрациясы (1,0 мг/л жəне 5,0 мг/л) қосылған сұйық Мурасиге – Скуг (МС) [5] қоректiк ортасына (30 мл) көшірілді. Суспензия 24-26 0С температурада, шайқағыштың 160 айн/мин жылдамдығында өсiрiлдi. Жоғары дисперсияланған КСК-ны алу үшін бастапқы колбадан 15-ші күнде жекеленген клеткалары бар суспензия культурасының ортаңғы гомогенді фракциясы жаңа сұйық МС
47
ортасына көшірілді (1:1 қатынасында). Одан кейін əр 15 күн сайын бірнеше рет жаңа қоректік ортасына көшірілгеннен соң біртекті, өсу жылдамдығы жоғары жекеленген клеткалардан тұратын эмбриогенді суспензия культурасы алынды. Əр 7 күн сайын КСК-ның өсу динамикасы, тіршілікке қабілеттілігі жəне клеткалар популяциясының құрамы зерттеліп тұрды. Өсу динамикасы суспензия культурасының 1 мл көлеміндегі клеткалар саны Фукс-Розенталь камерасын қолдану арқылы анықталды. Суспензия клеткаларының тіршілікке қабілеттілігі метилен көгі бояуымен анықталды [6].
Клеткалар популяциялар құрамы ұзын каллусты клеткаларды, жеке орналасқан эмбриогенді клеткаларды, эмбриогенді клеткалық кешендерді жəне БЖ белгісі бар клеткаларды санау арқылы анықталды [1, 7]. БЖ белгісі бар клеткалар морфологиялық қасиеттері бойынша анықталды:
плазмолизға ұшырауы, ядросының конденсациялануы жəне фрагментациялануы, үлкен вакуольдің пайда болуы, клетка қабырғасының қалыңдауы [8, 9]. Цитологиялық зерттеу барысында Micros МС- 300 (Австрия) микроскобы қолданылды.
Нəтижелері жəне оларды талдау
Бидайдың БЭ каллустары бос жатқан бір-бірінен ерекшеленген клеткалардан жəне эмбриогенді кешендерден тұрады [3, 7]. Сондықтан, сұйық қоректік ортаға көшірген кезде каллус құрылымдары тез бір-бірінен ажырайды; сол себептен бұл каллус типтерінен біркелкі клеткалық суспензия культурасын алу оңайға түсті. Суспензияны жиі (15 күн сайын) жаңа сұйық қоректік ортаға көшіру нəтижесінде белсенді өсетін суспензия алынды.
Тəжірибе барысында суспензия культурасының өсу қарқындылығы 35 күнге дейін бақыланды.
1,0 мг/л жəне 5,0 мг/л 2,4-Д концентрациялары қосылған сұйық МС ортасындағы суспензия клеткаларының жалпы бастапқы тығыздығы – 0,175 х 104 кл/мл болды (1 сурет).
Сурет 1- 1,0 жəне 5,0 мг/л 2,4-Д